KR101697810B1 - 소형 액츄에이터 기어 세트 - Google Patents

Abstract

액츄에이터를 위한 기어박스 조립체가 제공된다. 기어박스 조립체는 랙 기어, 스퍼 피니언 기어, 베벨 피니언 기어, 및 베벨 기어를 포함한다. 랙 기어의 수직 이동은 수평축을 중심으로 한 스퍼 피니언 기어와 베벨 피니언 기어의 회전을 야기한다. 베벨 피니언 기어의 회전은 수직축을 중심으로 한 베벨 기어의 회전을 야기한다. 기어박스 조립체는 밸브의 이동가능한 부재에 연결되어 기어박스 조립체의 작동에 따라 이동가능한 부재를 이동시킬 수 있다. 또한, 기어박스 조립체를 포함하는 시스템과 작동 방법이 개시되어 있다.

Description

소형 액츄에이터 기어 세트{COMPACT-ACTUATOR GEAR SET}

본 발명은 소형 액츄에이터 기어 세트 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

본 섹션은 아래에서 설명되고/설명되거나 청구되는 본 발명의 다양한 측면들에 관련될 수 있는 기술분야의 다양한 측면들을 독자에게 소개하기 위한 것이다. 본 설명은 독자에게 본 발명의 다양한 측면들을의 더 나은 이해를 용이하게 하는 배경기술 정보를 제공하는 데에 도움이 되는 것으로 생각된다. 따라서, 본 설명은 종래기술의 인정으로서가 아닌 이러한 관점에서 읽혀져야 하는 것으로 이해되어야 한다.

이해되는 바와 같이, 석유와 천연 가스는 현대 경제와 사회에 상당한 영향을 미치는 유체들이다. 실제로, 석유와 천연 가스에 의존하는 장치들과 시스템들이 아주 흔하게 널려 있다. 예를 들어, 석유와 천연 가스는 차량, 비행기, 보트, 및 이와 동종의 것들과 같이 매우 다양한 운송수단에서 연료로써 사용된다. 또한, 석유와 천연 가스는 겨울 동안 집을 따뜻하게 하기 위하여, 전기를 발생시키기 위하여, 그리고 놀라운 배열의 일상 제품들을 제조하기 위하여 자주 사용된다.

석유를 기초로 하든 그렇지 않든 유체의 유동은 밸브들로 제어될 수 있다. 유체가 열림 구성에서 밸브를 통하여 유동하되, 유동은 밸브를 닫힘 구성으로 전환함에 따라 차단될 수 있다. 많은 밸브들이 열림 구성과 닫힘 구성 사이에서 수동으로 작동되지만, 산업 현장에서 발견되는 더 많은 밸브들은 일반적으로 예를 들어 유압식, 전기식, 또는 공압식 액츄에이터에 의해 기계적으로 작동된다.

어떤 경우에서는, 기계식 액츄에이터는 밸브를 작동하기 위하여 필요한 것과 다른 방향으로 구동력을 제공한다. 예를 들어, 선형 액츄에이터는 볼 밸브를 돌리는 데에 적합하지 않을 수 있다. 선형 운동을 회전 운동으로 전환하기 위하여, 예를 들어 기어 세트가 액츄에이터와 밸브 사이에 배치될 수 있다. 기어 세트는 액츄에이터의 구동력 출력을 받아, 그 출력 방향을 바꾸고, 그리고나서 밸브를 위한 구동력 입력을 제공하여, 밸브를 작동시킨다.

기어 세트는 가격 대비 효율을 뽑아낸다. 모든 액츄에이어터의 출력 에너지가 밸브의 작동으로 이어진다기보다는, 오히려 기어 세트가 이러한 에너지의 일부를 소모한다. 더 낮은 효율의 기어 세트일수록 일반적으로 밸브가 액츄에이터에 직접적으로 연결된다면 필요한 것보다 더 크고 더 강력한 액츄에이터를 필요로 한다. 따라서, 사이에 배치된 기어박스는 요구되는 액츄에이터의 비용, 무게, 및 사이즈를 증가시킨다. 또한, 큰 밸브 또는 큰 양의 작동 토크를 필요로 하는 밸브의 경우에는, 액츄에이터 및 이와 관련된 기어 세트는 너무 클 수 있고 쉬운 설치와 사용을 위해 너무 많은 공간을 필요로 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 액츄에이터의 비용, 무게, 및 사이즈를 감소시킬 수 있고 높은 효율을 제공할 수 있는 콤팩트한 액츄에이터 기어 세트를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 랙 기어; 상기 랙 기어에 연결되고 제1 축을 중심으로 회전토록 구성되는 제1 피니언 기어; 상기 제1 피니언 기어에 샤프트에 의해 연결되고 상기 제1 축을 중심으로 회전토록 구성되는 제2 피니언 기어; 및 상기 제2 피니언 기어에 연결되고 상기 제1 축에 수직한 제2 축을 중심으로 회전토록 구성되는 베벨 기어를 포함하되, 상기 베벨 기어는 상기 랙 기어의 이동에 따라 상기 제2 축을 중심으로 회전하는 기어박스 조립체를 포함하는 시스템을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 기어 조립체는 90%까지의 또는 보다 큰 효율을 제공할 수 있다. 따라서, 종래의 기어 세트들과 비교해 볼 때, 더 작은 선형 하중이 회전 운동을 발생시키는 데에 사용될 수 있다. 결과적으로, 구동원의 사이즈와 파워를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다양한 특징, 측면, 및 장점은 다음과 같은 상세한 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 읽을 때 더 잘 이해될 것으로, 이때 도면들 전체에서 동일한 도면부호는 동일한 부품을 나타낸다:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 액츄에이터를 구비한 밸브 조립체의 개략도이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 액츄에이터의 등측도이다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 소형 액츄에이터의 기어 세트의 사시도이다;
도 4 및 5는 도 2의 라인 A-A를 가로질러 취해지는 도 2의 액츄에이터의 단순화된 단면도로서, 이때 도시된 액츄에이터는 다른 작동 구성상태에 있다;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 소형 액츄에이터의 기어 세트의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 기어 세트의 사시도이다;
도 8은 도 7에 도시된 기어 세트의 구성요소들의 사시도이다;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 기어 세트의 사시도이다; 그리고
도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 기어 세트의 작동을 도표로 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 하나 이상의 특정 실시예가 설명될 것이다. 이렇게 설명되는 실시예들은 단지 본 발명의 일 예에 해당한다. 또한, 이러한 예시적인 실시예들의 간결한 설명을 제공하기 위하여, 실제 구현물의 모든 특징들이 상세한 설명에 설명되지 않을 수도 있다. 이러한 구현물의 개발에 있어서, 어떤 엔지니어링 또는 디자인 프로젝트에와 같이, 많은 구현물-특정의 결정들이 구현물들끼리 달라질 수 있는 시스템-관련 및 사업-관련 제약들에 대한 준수와 같은 개발자들의 특정 목표를 달성하기 위하여 만들어져야 하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 개발 노력이 복잡하고 시간이 소요될 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 명세서의 이점을 갖고 있는 당업자에게는 설계, 제조, 및 제작의 일상적인 사항일 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예들은 소형 액츄에이터에서 사용될 수 있는 기어 세트를 포함한다. 예시적인 기어 세트는 일 평면에서의 장치의 선형 운동을 평행하지 않은 평면에서의 회전 운동으로 효율적으로 변환시키는 것으로 생각된다. 예를 들어, 기어 세트는 수직 평면에서의 선행 작동을 수평 평면에서의 회전 운동으로 전환시킬 수 있다. 이러한 전환은 베벨 기어 장치에 결합되는 랙-피니언 기어 장치에 의해 수행될 수 있다. 랙-피니언 기어 조립체는 선형 운동을 회전 운동으로 변환한다. 그리고, 피니언 기어와 함께 회전하는 베벨 기어 장치는 피니언의 회전 운동을 수직 평면으로부터 수평 평면으로 전환한다. 베벨 기어 장치는 쿼터-턴(quarter-turn) 볼 밸브의 샤프트에 결합되어 볼 밸브가 열림 위치와 닫힘 위치 사이에서 전환하게 할 수 있는 것으로, 즉 밸브를 통과하는 유체의 흐름을 제어할 수 있다.

도 1은 유로(14)를 통과하는 유체의 유동(12)을 제어하기 위한 밸브 조립체(10)의 개략도이다. 예시적인 밸브 조립체(10)는 밸브 바디(18)에 결합되는 액츄에이터(16)를 포함한다. 밸브 바디는 예를 들어 몇 가지만 말하자면 버터플라이 밸브, 볼 밸브, 쿼터-턴 밸브, 게이트 밸브와 같이 많은 밸브 유형들을 지지할 수 있다. 도시된 바와 같이, 밸브 바디(18)는 볼 밸브(20)를 지지한다. 열림 위치에서, 볼 밸브(20)의 관통 보어(through bore)(22)는 밸브 조립체(10)의 입구(24)와 출구(26)와 일렬로 정렬된다. 이것은 유동(12)이 밸브를 통과하는 것을 가능케 한다. 유동(12)은 관통 보어(22)를 입구(24)와 출구(26)에 수직하게 놓도록 볼 밸브(20)를 회전시킴에 따라 차단될 수 있다. 즉, 볼 밸브(20)의 쿼터-턴은 밸브 조립체(10)를 열림 위치와 닫힘 위치 사이에서 전환시킨다.

이러한 쿼터-턴을 수행하기 위하여, 액츄에이터(16)는 구동원(28)을 통해 구동력을 제공한다. 구동원(28)은 예를 들어 몇 가지만 말하자면 유압 액츄에이터, 전기 및 선형 모터, 공압 장치 또는 수동 휠과 같이 많은 적절한 장치들 중 하나일 수 있다. 도시된 실시예에서, 구동원(28)은 양방향 화살표(30)에 의해 표시되는 바와 같은 선형 운동을 제공한다. 그러나, 이러한 선형 운동(30)은 회전되어야 하는(예를 들어, 쿼터-턴되는) 볼 밸브(20)를 직접적으로 작동시킬 수는 없다.

구동원(28)에 연결된 기어 조립체(32)는 구동원(28)의 선형 운동을 원하는 회전 운동으로 전환시킨다. 구체적으로, 기어 조립체(32)는 구동원(28)의 선형 운동 입력(34)을 받아 이 입력을 회전 운동 출력(36)으로 변환한다. 또한, 기어 조립체는 선형 입력(34)을 선형 입력의 평면과 평행하지 않은 평면 상에서 움직이는 회전 출력으로 전환시킨다. 즉, 구동원의 수직 및 선형 운동은 예를 들어 수평 및 회전 운동으로 전환된다. 볼 밸브(20)에 부착된 밸브봉(valve stem)(38)은 기어 조립체(32)의 출력에 연결될 수 있다. 밸브봉(38)은 볼 밸부에 고정될 수 있다; 따라서 밸브봉(38) 상의 토크는 볼 밸브(20)로 전달되고, 밸브봉(38)의 회전은 볼 밸브(20)의 회전을 발생시킨다. 이에 따라, 기어 조립체(32)의 회전 출력(36)은 밸브봉(38)과 볼 밸브(20)의 회전을 초래한다. 그리고 밸브 조립체(10)를 전체적으로 고려하면, 구동원(28)의 선형 운동(30)은 볼 밸브(20)를 회전시키고 유로(14)를 통과하는 유동(12)을 조절토록 밸브 조립체(10)를 열림 및 닫힘 위치 사이에서 전환시키기 위하여 사용될 수 있다. 밸브 조립체(10)는 상류측 구성요소들로부터 유로(14)를 따라 하류측 구성요소들로의 유동을 허용 또는 제한하는 온/오프 방식으로 사용될 수도 있다.

밸브(10)는 양방향으로 형성될 수 있고, 용어 "입구", "출구", 상류", 및 "하류"는 참고하기 편하도록 사용되는 것으로 밸브(10)의 어떠한 특정 방향으로의 제한을 나타내지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 형용사적 또는 부사적 수식어 "수평의"와 "수직의", "상방"과 "하방", 또는 "시계방향"과 "반시계방향"의 사용은 단지 용어 세트들 사이에서 상대적인 관계를 쉽게 하기 위하여 사용되는 것으로 수식되는 용어에 어떠한 특정 방향으로의 제한을 나타내는 것은 아니다.

도 2는 예시적인 소형 액츄에이터(16)를 도시하고 있다. 도시된 액츄에이터(16)는 도 1에 도시되어 있는 구동원(28)과 기어 조립체(32) 모두를 지지하는 하우징(40)을 구비한다. 이러한 2개의 구성요소를 1개의 하우징 안에 합체시킴에 따라, 액츄에이터(16)의 전체 사이즈는 줄어들 수 있다. 그러나, 구동원(28)과 기어 조립체(32)가 각각 자신의 하우징을 갖는 분리된 구성요소들이 될 수 있다는 것이 또한 예상된다. 따라서, 예를 들어 밸브 조립체(10)의 필요성이 달라짐에 따라, 기어 조립체(32)는 바뀔 수 있는 많은 구동원(28)들과 또는 이와 반대로 정합될 수 있다. 액츄에이터(16)는 밸브 바디(18)에의 액츄에이터(16)(도 1 참조)의 부착을 용이하게 하는 플랜지부(미도시)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 구동원(28)과 기어 조립체(32)가 독립된 하우징을 갖는다면, 각각의 하우징은 조립을 용이하게 하는 플랜지 연결부를 포함할 수 있다.

도 3은 예시적인 기어 세트(32)의 사시도이다. 기어 세트(32)는 복수의 랙 기어(42)를 포함한다. 랙 기어(42)는 구동원(28)(도 1 참조)으로부터 선행 운동 입력을 받아들이도록 구성된다. 운동 입력이 하방을 향한다면, 화살표(44)에 의해 표시되는 바와 같이, 랙 기어(42)는 하방으로 움직인다. 각각의 랙 기어(42)는 스퍼 피니언 기어(spur pinion gear)(46)와 맞물리고, 랙 기어(42)의 하방 이동은 스퍼 피니언 기어(46)의 회전(화살표(48))을 발생시킨다. 랙 기어(42)와 스퍼 피니언 기어(46)는 선형 운동을 회전 운동으로 변환시키도록 협동한다. 그러나, 선형 및 회전 운동은 일반적으로 서로 평행하다. 즉, 선형 운동(44)은 일반적으로 회전 운동(48)이 일어나는 편명(56)에 평행하다.

도시된 스퍼 피니언 기어(46)는 베벨 피니언 기어(50)와 동일한 샤프트(52)에 장착된다. 따라서, 스퍼 피니언 기어(46)와 베빌 피니언 기어(50)는 함께 동일한 방향(화살표(48))으로 회전한다. 베벨 피니언 기어(50)는 출력 베벨 기어(58)와 맞물려, 출력 베벨 기어(58)가 화살표(60)의 방향으로 회전하게 한다. 특히, 출력 베벨 기어(58)의 회전은 일반적으로 베벨 피니언 기어(50)의 회전, 즉 평면(56)에 수직한 평면(62)에서 이루어진다. 즉, 출력 베벨 기어(58)의 회전축(63)은 선형 운동(44)의 방향과 평행하되, 스퍼 피니언 기어(46)와 베벨 피니언 기어(50)의 회전축(65)에는 수직한다. 기어 세트(32)는 선형 운동을 평행하지 않은 회전 운동으로 효과적으로 변환시키는 것으로 생각된다. 바람직하게는, 이러한 기어 조립체(32)는 90%까지의 또는 보다 큰 효율을 제공할 수 있는 것으로 생각된다. 예를 들어, 기어 조립체(32)는 약 50, 60, 70, 80, 또는 90%보다 적어도 더 큰 효율을 제공할 수 있다. 따라서, 종래의 기어 세트들과 비교해 볼 때, 더 작은 선형 하중이 회전 운동을 발생시키는 데에 사용될 수 있다. 결과적으로, 구동원의 사이즈와 파워가 감소될 수 있다.

출력 베벨 기어(58)는 이동되는 구성요소와 결합토록 구성된 캐리어(64)에 볼트로 고정될 수 있다. 예를 들어, 도시되 캐리어(64)는 출력 베벨 기어(58)의 방향(화살표(60))으로 회전하고 밸브봉(38)을 수용토록 설계된 수용부(66)(도 4 및 5 참조)를 포함한다. 따라서, 출력 베벨 기어(58)의 회전은 결과적으로 밸브봉(38)의 회전을, 궁극적으로는 볼 밸브(20)의 회전을 발생시키는 캐리어(64)의 회전을 발생시킨다. 볼 밸브를 돌리기 위한 토크 요건에 따라, 많은 랙, 스퍼 피니언, 및 베벨 피니언 기어 세트들이 하나의 출력 베벨 기어에 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 출력 베벨 기어에 결합되는 4개의 이러한 기어 세트들이 있다. 한편, 출력 베벨 기어의 원주 주위에 몇 개 또는 설치될 수 있는 만큼 많이 제공될 수 있다. 또한, 여기에서 설명되는 기어 조립체(32)는 역으로 사용되는 때에 효율 이득을 제공하는데, 이때 회전 입력은 선행 출력으로 효율적으로 변환될 수 있을 것으로도 예상된다.

도 4 및 5는 도 2에 소개된 유압 소형 액츄이에터(16)의 단순화된 단면도이다. 액츄에이터(16)는 실린더(72)를 밀폐하는 피스톤(70)을 포함한다. 유압 유체가 입구(74)를 통하여 주입되면, 피스톤은 하방(화살표(76))으로 구동된다. 피스톤(72)은 피스톤(72)과 동일한 방향으로 함께 움직이는 피스톤대(piston stem)(78)에 결합된다. 피스톤대(78)는 피스톤(72)과 피스톤대(78)와 함께 그리고 마찬가지로 동일한 방향(76)으로 움직이는 상단 플레이트(80)에 결합된다. 기어 세트(32)의 랙 기어(42)는 상단 플레이트(80)에 결합된다. 따라서, 상단 플레이트(80)는 하방으로 이동(76)함에 따라 랙 기어(42)를 하방으로 구동한다. 따라서, 유압 유체를 주입함에 따라, 상단 플레이트(80)는 이동하여 기어 세트(32)에 구동력을 제공하여 랙 기어(42)를 작동시킨다.

상기한 바와 같이, 랙 기어(42)의 하방 이동은 스퍼 피니언 기어(46)와 비벨 피니언 기어(50)의 화살표(82) 방향으로의 회전을 발생시킨다. 결과적으로, 이러한 회전(82)은 출력 베벨 기어(58), 캐리어(64), 및 캐리어(64)의 수용부(66)에 결합된 밸브봉(38)이 화살표(85) 방향으로 회전케 한다. 다시 말하면, 밸브봉(38)의 회전축(86)은 스퍼 피니언 기어(46)의 회전축(88)에 평행하지 않고 선형 운동(76) 방향과 평행하다.

액츄에이터(16)는 스피링(90)과 같은 "고장-안전" 특징부를 포함할 수 있다. 예시적인 스프링(90)은 이동가능한 상단 플레이트(80)와 고정된 베이스 플레이트(92) 사이에 배치된다. 스프링은 상단 플레이트(80)의 하방 이동(76)에 대항하는 편향력을 갖는다. 따라서, 유압 유체가 주입되어 액츄에이터를 도 4의 구성으로부터 도 5의 구성으로 변이시킨다면, 액츄에이터의 스프링(90)은 유압이 사라진 경우에 상단 플레이트를 상방(94)으로 구동토록 작용할 것이다. 도 4에 도시된 구성이 밸브의 열림 구성에 대응되고(calibrated), 도 5에 도시된 구성이 밸브의 닫힘 구성에 대응된다면, 액츄에이터는 "고장-안전-열림" 액츄에이터일 것이다. 반대로, 도 4에 도시된 구성이 밸브의 닫힘 구성에 대응되고, 도 5에 도시된 구성이 밸브의 열림 구성에 대응된다면, 액츄에이터는 "고장-안전-닫힘" 액츄에이터일 것이다.

도 6은 기어 세트 조립체(32)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 스퍼 피니언 기어들(46)은 출력 베벨 기어(58)의 안쪽에 방사방향으로 위치된다. 이것은 기어 세트(32)를 위한 더 콤팩트한 배열을 제공한다. 도 6의 기어 세트(32)는 상기에서 설명한 것과 유사한 방식으로 작동한다. 상단 플레이트(80)는 예를 들어 상기한 바와 같이 몇 가지 말하자면 전기 모터, 유압 모터, 수동으로 작동되는 장치를 포함하는 많은 적절한 구동원(28)에 연결될 수 있다. 또한, 사용되는 구동원에 따라, 도시된 기어 세트(32)가 구동원(28)으로부터 직접적으로보다 오히려 다른 기어 세트로부터 구동 입력을 받게 하는 것이 바람직할 수 있다.

도 7은 도 6에서 소개된 기어 세트(32)의 구성요소들의 상세한 사시도이다. 이 실시예에서, 스퍼 피니언 기어(46)는 편심 방식으로 회전한다. 특히, 스퍼 피니언 기어(46)의 중심축은 스퍼 피니언 기어(46)와 베벨 피니언 기어(50)의 회전축으로부터 오프셋된다. 따라서, 스퍼 피니언 기어(46)는 베벨 피니언 기어(50)와 중심축이 동일하지 않다. 스퍼 피니언 기어(46)의 편심 속성을 조정하기 위하여, 랙 기어(42)의 톱니들은 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 직선 표면 상보다는 아치형 표면(102) 상에 배치된다. 바람직하게는, 아치형 표면(102)의 곡률반경과 스퍼 피니언 기어(46)의 편심거리는 다른 어떠한 장치가 가동되고 있는 중이라도 볼 밸브(20의 작동에 가장 적합하여 피니언 베벨 기어(50) 상에 원하는 토크를 제공하는 공액 곡선(conjugate curve)을 만들어내도록 조작될 수 있다. 예를 들어, 곡률반경은 적절한 토크를 제공토록 원해짐에 따라 사인 곡선 프로파일을 가질 수 있거나 포물선 형태를 가질 수 있다.

도 8은 편심의 스퍼 피니언 기어(46)와 정합된 랙 기어(42)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 스퍼 피니언 기어(46)의 회전축(65)은 스퍼 피니언 기어(46)의 중심축(104)에 대하여 소정 거리(106) 만큼 오프셋되어 있다. 도 8과 마찬가지로, 도 9는 랙 기어(42)와 스퍼 피니언 기어(46) 장치의 다른 실시예의 사시도이다. 이 실시예에서, 아치형 표면(120)의 곡률반경이 다르다. 스퍼 피니언 기어(46)는 아치형 표면(102)에 대응토록 파이 형태로 형성된다. 또한, 상기에서 설명된 여러 기어들의 톱니 프로파일은 원하는 토크 특성을 제공토록 조작될 수 있다. 예를 들어, 상기한 기어들은 직선형 톱니를 구비한 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 이점은 예를 들어 헬리컬형 또는 나선형 톱니에도 적용가능하다는 것이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 조립체(10)의 작동 프로세스(120)를 도시하고 있다. 상기한 바와 같이, 처음에 수직력이 조립체(10)의 랙 기어(42)(또는 도 6에 도시된 바와 같은 복수의 랙 기어들)에 직접적으로 또는 간접적으로 가해질 수 있다(블록 122). 랙 기어(42)는 수직의 선형 방항으로 이동할 수 있다(블록 124). 랙 기어(42)의 이동은 수평축(65)을 중심으로 한 스퍼 피니언 기어(46)의 회전을 발생시킨다(블록 126). 스퍼 피니언 기어(46)의 회전은 동일한 수평축(65)을 중심으로 한 베벨 피니언 기어(50)의 회전을 발생시킨다(블록 128). 베벨 피니언 기어(50)가 회전함에 따라, 출력 베벨 기어(58)를 구비한 장치는 출력 베벨 기어(58)가 수직축(63)을 중심으로 하여 회전케(블록 130), 예를 들어 수평 회전 운동하게 한다. 다음, 출력 베벨 기어(58)의 회전은 밸브(10)를 열거나 닫는 밸브봉(38)과 밸브 부재(20)의 운동, 예를 들어 회전을 야기한다(블록 132).

본 발명은 다양한 변형례들과 대안적인 형태들을 허용할 수 있지만, 특정 실시예들이 도면에서 예로서 도시되어 있고 여기에서 상세하게 설명되어 있다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형태로 제한되는 것을 의미하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상기에서 설명된 발명은 밸브와 밸브 작동을 넘어서 많은 산업에서 적용가능하다. 설명된 기어 세트는 효율적인 운동 변환이 요망되는 많은 곳에 이점들을 제공할 것으로 예상된다. 예를 들어, 본 발명은 예를 들어 몇가지 말하자면 생산 트리(production tree), 작동 밸브, 분출 방지장치(blowout preventor), 드릴링 장비, 다운홀(downhole) 밸브와 같은 많은 유전 장치에 이점들을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 다음의 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 기술 사상과 범위 내에 속하는 모든 수정례, 동등례, 및 대안례를 포함하는 것이다.

10 ... 밸브 조립체 20 ... 볼 밸브
28 ... 구동원 32 ... 기어 조립체
38 ... 밸브봉 40 ... 하우징
42 ... 랙 기어 46 ... 스퍼 피니언 기어
50 ... 베벨 기어 70 ... 피스톤
72 ... 실린더

Claims (20)

1. 랙 기어의 대향 말단부 사이에서 랙 기어의 길이를 따라 형성된 하나 또는 그 이상의 아치형 표면을 따라 배열된 제1 톱니를 구비하는 랙 기어(42);
   상기 랙 기어의 제1 톱니에 맞물린 제2 톱니를 구비하되, 상기 제2 톱니가 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 제1 피니언 기어(46); 및
   샤프트에 의해 상기 제1 피니언 기어에 연결되고 상기 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 제2 피니언 기어(50)를 구비하는 기어박스 조립체를 포함하는 시스템에 있어서;
   상기 제2 피니언 기어(50)에 결합되고 상기 제1 축에 수직한 제2 축을 중심으로 회전하도록 구성된 베벨 기어(58)가 구비되고;
   상기 베벨 기어(58)는 상기 랙 기어(42)의 이동에 따라 상기 제2 축을 중심으로 회전하며,
   상기 제2 톱니는 상기 제1 축에 대해 편심 프로파일을 따라 배치되는 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 랙 기어는 상기 제2 축을 따라 선형 방향으로 이동토록 구성되는 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 아치형 표면의 곡률 반경과 상기 제1 피니언 기어의 편심률은 원하는 토크를 제공하는 곡선을 형성하도록 구성된 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 피니언 기어(50)는 제3 톱니를 구비하고 상기 베벨 기어(58)는 제4 톱니를 구비하되, 상기 제2 피니언 기어(50)는 상기 제3 톱니와 상기 제4 톱니의 맞물림에 의해 상기 베벨 기어(58)에 연결되는 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 아치형 표면은 상기 랙 기어(42)의 길이를 따라 왕복하는 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 아치형 표면은 원하는 토크를 제공하는 곡선을 적어도 부분적으로 형성하는 시스템.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 기어박스 조립체에 결합되는 액츄에이터를 포함하되, 상기 액츄에이터는 상기 랙 기어를 수직 선형 방향으로 이동시키는 시스템.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 기어박스 조립체에 결합되는 밸브를 포함하되, 상기 기어박스 조립체는 상기 밸브의 이동가능한 부재를 이동시키는 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 아치형 표면은 밸브의 원하는 토크 곡선을 따르는 곡선을 적어도 부분적으로 형성하는 시스템.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 기어 박스 조립체가 복수의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들을 구비하되, 상기 복수의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들의 각 조립체는 랙 기어(42)와, 제1 피니언 기어(46), 및 제2 피니언 기어(50)의 개별 세트를 구비하며, 상기 베벨 기어(58)는 상기 복수의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들의 각 조립체의 제2 피니언 기어(50)와 맞물리는 시스템.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들은 상기 베벨 기어(58)와 맞물린 3개의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들을 구비하는 시스템.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들은 상기 베벨 기어(58)와 맞물린 4개의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들을 구비하는 시스템.
    
14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들의 각각의 랙 기어(42)는 공통의 피스톤에 결합되되, 상기 피스톤의 이동은 상기 복수의 랙 기어와 피니언 기어 조립체들의 각각의 랙 기어(42)의 이동을 발생시키는 시스템.
    
15. 제1항에 있어서,
    상기 기어 박스 조립체는 상기 랙 기어(42)를 제1 방향으로 구동하도록 구성된 액츄에이터와 상기 랙 기어를 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되도록 구성된 안전 장치 기능을 구비하는 시스템.
    
    
    
    
    
    
    
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